Tổng hợp các phương pháp chiết xuất Curcumin

Trong những thập kỷ qua, với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà chúng ta đã có thêm nhiều phương pháp chiết xuất curcumin đem lại hiệu suất cao. Tuy nhiên các đặc điểm về tính chất và cấu trúc hóa học của curcumin dễ bị ảnh hưởng bởi các phương pháp chiết xuất. Vậy chiết xuất curcumin bằng phương pháp nào sẽ mang lại hiệu quả cao? Mời các bạn đọc bài viết này để tìm hiểu về các phương pháp chiết xuất Curcumin nhé.

1. Tổng quan về các phương pháp chiết xuất Curcumin

Các phương pháp chiết xuất Curcumin thường chia thành 2 loại:

• Phương pháp chiết xuất truyền thống: chiết xuất rắn – lỏng thông thường (có hoặc không có khuấy trộn), chiết shoxlet.
• Phương pháp chiết xuất hiện đại: chiết CO2 siêu tới hạn, chiết xuất với sự trợ giúp của vi sóng, kỹ thuật chiết xuất có sự hỗ trợ của enzym hoặc siêu âm…

Tuy nhiên, do hàm lượng curcumin trong nghệ thường thấp và khả năng hòa tan của curcumin trong các dung môi thông dụng như (ethanol, methanol,…) cũng thấp nên quá trình chiết xuất hoạt chất này theo phương pháp truyền thống có rất nhiều mặt hạn chế:

• Thời gian chiết xuất kéo dài: có thể từ 8 – 48h.
• Nhiệt độ trong quá trình chiết xuất cao: 50 – 70°C.
• Lượng dung môi bay hơi trong quá trình chiết xuất lớn, dẫn tới cần dung môi chiết xuất với số lượng lớn và gây ô nhiễm môi trường.
• Hiệu suất chiết xuất curcumin còn thấp.

Từ những nhược điểm của phương pháp chiết xuất truyền thống đã kích thích các nhà khoa học nghiên cứu các phương pháp chiết xuất hiện đại giúp nâng cao hiệu quả chiết xuất, thân thiện với môi trường, tiết kiệm nguyên liệu, sử dụng các dung môi hữu cơ dễ bay hơi nhưng ít nguy hiểm.

2. Một số quy trình chiết xuất Curcumin

Bài toán nan giải đối với các nhà nghiên cứu và sản xuất luôn là làm thể nào để chiết xuất Curcumin hiệu quả với chi phí tiết kiệm nhất? Và nếu bạn đang muốn đi tìm lời giải cho bài toán này hãy đọc tiếp các phần dưới đây để biết một số quy trình chiết xuất Curcumin.

2.1. Chiết Curcumin bằng phương pháp siêu âm

Phương pháp siêu âm cũng là một trong những phương pháp chiết xuất curcumin hiện đại được nhiều nhà khoa học quan tâm. Phương pháp này có tác dụng phá vỡ cơ học thành tế bào, nâng cao hiệu quả chuyển khối và có nhiều ưu điểm như:

• Khả năng phá hủy tế bào nhanh, mạnh hơn so với các phương pháp truyền thống.
• Giảm công đoạn xử lý nguyên liệu đầu vào.
• Giảm thời gian chiết xuất
• Không cần gia nhiệt mà vẫn không làm giảm hiệu suất của quá trình chiết xuất.
• Giảm chi phí tách chiết.
• Dễ dàng thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho kết quả có tính lặp lại cao phù hợp với việc chuyển qui mô.

- Chuẩn bị mẫu: Củ nghệ vàng khô do công ty Cafecontrol thu mua ở Bắc Giang cung cấp

- Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

• Thiết bị và dụng cụ đã được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 và GLP
• Máy cô quay Heidolph, bể siêu âm Branson 3510.
• Các hóa chất: n-hexan, ethanol 96⁰, dung dịch chloroform, methanol, acetonidril, acid acetic 0.03%.

- Quy trình chiết xuất như sau:

• Củ nghệ khô xay thành bột (1kg), chiết xuất bằng siêu âm với hỗn hợp ethanol 96⁰ trong 15 phút ở nhiệt độ phòng.
• Thu hồi dung môi, cao cô đặc được chiết với n-hexan để loại bỏ tinh dầu.
• Lớp nước để lạnh kết tinh thu sản phẩm curcumin thô.

Tiến hành tinh chế hỗn hợp curcumin thô bằng sắc ký cột với hệ dung môi là chloroform:methanol (99:1) và HPLC điều chế trên cột pha đảo RP-18, pha động là acetonidril-dung dịch acid acetic 0.03% (50:50), tốc độ dòng 3.0 ml/phút, thu được curcumin tinh khiết.

Chất phân lập sau khi đuổi dung môi, sấy ở áp suất giảm và nhiệt độ 60⁰C thu được tinh thể màu vàng đậm với hiệu suất chiết khoảng 2.2%.

2.2. Quy trình chiết Curcumin bằng phương pháp Soxhlet

Chiết xuất Soxhlet là một trong những kỹ thuật chiết xuất curcumin được ứng dụng đầu tiên. Tuy nhiên phương pháp này còn tồn tại nhiều mặt hạn chế như thời gian chiết xuất kéo dài, nhiệt độ chiết xuất cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc chiết hợp chất mục tiê

Xử lý mẫu ban đầu: Nghệ được mua về ở dạng củ tươi và được xử lý như sau:

• Làm sạch các tạp chất rắn như: đất, cát, bụi…
• Cắt lát, phơi nắng hoặc sấy khô ở nhiệt độ 40-50⁰C cho đến khi có khối lượng không đổi.
• Sau khi để nguội ở nơi khô thoáng, cho vào máy xay thành bột mịn. Đây là nguyên liệu được dùng cho quá trình chiết xuất.

Chiết xuất tinh dầu và chất béo:

• Cân 100 gam bột nghệ cho vào túi vải, sau đó cho vào hệ thống chiết soxhlet.
• Cho 0.5 lít dung môi petroleum ether vào bình cầu và một ít đá bọt.
• Đun hoàn lưu khoảng 48 giờ ta thấy dung dịch có màu vàng đậm.
• Kiểm tra bằng mặt kính đồng hồ, nếu thấy hết tinh dầu thì tắt bếp, để nguội.
• Phần dung dịch được đem cô quay để thu hồi dung môi và thu được tinh dầu.
• Phần bã được sấy khô và tiếp tục quá trình chiết xuất tiếp theo.
• Rửa sạch và sấy khô hệ thống chiết Soxhlet.

Chiết xuất Curcuminoid

• Phần bã sau khi sấy khô, cho vào túi vải và tiếp tục cho vào hệ thống chiết Soxhlet như trên.
• Cho 0.5 lít dung môi ethanol 95⁰ vào bình cầu và thêm một ít đá bọt.
• Đun hoàn lưu 48 giwof ta thấy dung dịch có màu nâu đỏ. Phần dung dịch sau khi cô quay để loại bỏ dung môi ta sẽ thu được cao EtOH dùng cho quá trình nghiên cứu tiếp theo.                                                                             

Phân lập  curcumin từ hợp chất curcuminoid

- Bước 1: Chuẩn bị

• Cột sắc ký (đường kính 36 mm, cao 60 cm) được rửa sạch sấy khô, cho bông gòn vào đáy cột, kẹp thẳng góc trên giá.
• Silica gel (60G, 0.04 - 0.063 nm, 80 g) được cho từ từ đều đặn mỗi lần một lượng nhỏ vào một becher đựng sẵn dung môi là CH2Cl2. Vừa cho silica gel vào vừa khuấy nhẹ.

 - Bước 2: Nhồi cột

 Đặt một phễu đuôi dài lên đầu cột, rót hỗn hợp silica gel sệt vào, mở nhẹ khóa bên dưới cột cho dung môi chảy vào một becher bên dưới cột, dung môi này được sử dụng rót lên đầu cột. Sau khi nạp xong, cho dung môi chạy tuần hoàn nhiều lần để nén lớp silica gel cho đến khi ổn định và có chiều cao là 30 cm. Cho một lớp cát biển khoảng 0.25 - 0.5 cm lên trên lớp silica gel để bảo vệ bề mặt cột.

- Bước 3: Đưa mẫu phân tích vào cột

 Hòa tan hoàn toàn lượng mẫu (4 g curcuminoid) bằng CH2Cl2 rồi cho silica gel vào hấp phụ, sấy khô sau đó nạp hết vào cột.

- Bước 4: Triển khai cột

 Dung môi dùng để rửa giải là hệ dichloromethane – methanol.

Đầu tiên dùng hệ 100% dichloromethane. Sau đó theo thời gian, tăng dần độ phân cực của dung môi bằng cách pha thêm vào dung môi lượng tăng dần methanol theo các tỷ lệ DC:Met = 99.5:0.5, DC:Met = 99:1,…

Trong quá trình chạy cột có sử dụng bơm nén khí để tạo áp suất giúp cho quá trình rửa giải nhanh hơn.

- Bước 5: Thu và kiểm tra các phân đoạn Kiểm tra các phân đoạn bằng sắc ký bản mỏng với hệ dung môi thích hợp. Ở đây sử dụng hệ dung môi chạy bản mỏng dichloromethane-methanol (98:2 v/v).

- Bước 6: Thu hồi và định lượng các phân đoạn Các phân đoạn có kết quả kiểm tra TLC như nhau được gom lại và cô quay chân không và cân định lượng.

2.3. Chiết xuất curcumin bằng vi sóng

Các bước thực hiện chiết xuất curcumin bằng lò vi sóng được thực hiện như sau:

- Cân 0.5g bột nghệ và hòa tan 10 ml acetone trong cốc có mỏ (Acetone được sử dụng do đây là dung môi chiết có hệ số phân tán tốt, có thể làm nóng đến mức cao)

- Đặt cốc có mỏ trong buồng vi sóng. Buồng vi sóng được điều chỉnh với công suất trong khoảng từ 100 -450 W trong thời gian 0.5 – 3 phút

- Sau đó, dung môi được tách qua bộ lọc 0.45 µm và bay hơi trong chân không

- Căn được cân và hòa tan trong 10 ml methanol để định lượng curcumin bằng HPLC

2.4. Chiết xuất Curcumin với sự hỗ trợ của enzyme

Enzyme α-Amylase và amyloglocosidase được sử dụng cho quá trình thủy phân bột nghệ vì các loại enzyme này có thể thủy phân được  carbohydrate có trong nghệ (chiếm hơn 80% thành phần của nghệ).

Quy trình chiết xuất Curcumin với hỗ trợ của enzyme được tiến hành như sau:

- Cân 1 g bột nghệ trong bình nón 250 ml và thêm với 100 ml nước (nước là dung môi chiết kém nhưng cần thiết cho hoạt động của enzyme), sau đó thêm 50 ml dung dịch đệm McIlvaine pH 5.

- Thêm hỗn hợp enzyme Enzyme α-Amylase và amyloglocosidase vào bình.

- Bình được bọc kín bằng màng nhôm và lắc trong tủ ấm (IKA IC4000) ở tốc độ 130 vòng / phút và  ủ ở nhiệt độ 65 ° C (là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của α-amylase và amyloglocosidase) và ủ trong 8 giờ.

- Sau khi tiền xử lý enzyme, lớp huyền phù lắng xuống và lọc lấy lớp nước được tách ra khỏi bột nghệ; các hạt bột nghệ kết tủa được sấy khô ở 60 ° C trong 6 giờ và sau đó được chiết xuất curcumin bằng 10 ml acetone với các thời gian chiết khác nhau từ 1-5h.

- Phần dung môi được thu hồi và cho bay hơi bằng máy cô quay chân không.

- Phần tinh dầu được cân và hòa tan trong 10 ml metanol để phân tích hàm lượng curcumin có trong nó.

3. Đánh giá các phương pháp chiết xuất Curcumin

Những phương pháp chiết xuất hiện đại như chiết xuất siêu âm, hỗ trợ enzyme, vi sóng là những phương pháp hiện đại và cho hiệu suất chiết xuất cao hơn với nhiều ưu điểm nổi bật như nhiệt độ chiết xuất thấp, thời gian chiết ngắn và sử dụng ít dung môi hơn.

Mong rằng qua những thông tin mà bài viết đã chia sẻ về những phương pháp chiết xuất curcumin, quy trình chiết xuất curcumin đã giúp bạn có thêm nhiều thông tin hữu ích về các phương pháp này.